一种铝合金材料及其在制备弹壳方面的应用制造技术

本发明专利技术涉及枪弹技术领域，具体涉及一种铝合金材料及其在制备弹壳方面的应用。所述铝合金材料成分包括锌4.0~7.0wt.%，铜1.0~2.0wt.%，锰0.3~0.7wt.%，稀土0.01~0.05wt.%，钛0~0.05wt.%，铬0~0.05wt.%和铝。本发明专利技术采用所述的铝合金材料制得的弹壳具有高强韧、耐烧蚀、成型性好的显著优点，能够耐弹腔内产生的瞬时高温、高压，发生弹性形变而不产生破裂，可承受400MPa的膛压和1000℃的瞬时高温，弹头初速达1200m/s，有效避免弹壳变形、开裂及腐蚀现象，与钢弹壳相比较整体质量降低20%以上，各项参数达到军方使用标准，可成功替代目前使用的铜质、钢质弹壳，减轻轻武器重量，提高单兵机动性能和作战能力。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金材料及其在制备弹壳方面的应用
本专利技术涉及枪弹
，更具体地，涉及一种铝合金材料及其在制备弹壳方面的应用。
技术介绍
轻武器的减重是提高部队作战机动性的主要途径，以单兵装备为例，陆军士兵在伊拉克战争中负荷高达35kg，超过负荷标准l0kg。在阿富汗战场上单兵平均负重约50kg，高负荷行军削弱了单兵的机动性和作战能力，而自动化武器作为单兵装备作战打击中的核心和关键，降低系统重量，最大程度发挥作战效能，己成为其发展的终极目标。单兵武器弹药的减重，则能有效降低士兵负重量，提高单兵机动性和作战能力。研制轻质高强韧弹壳来实现枪弹减重是有效途径，弹壳减重首当其冲，因为弹壳的重量几乎占枪弹重量的一半。从技术角度来看，黄铜是生产药筒的最优异的材料，具备良好的强度、延伸率和弹性，且弹性模量低，便于退壳，对枪管的磨损作用小，但可惜的是，黄铜资源不丰富，不能满足弹药大量消耗的需求，且其价格贵，成本高，经济性差。钢弹壳作为第二代弹壳取代了铜的应用。根据弹壳战术技术要求，钢材必须保证一定的机械性能，而含碳量则是决定碳钢性能的主要因素，含碳量的升高，一方面提高了材料强度，另一方面使材料的塑性下降、加工性能变差，且导致成型模具磨损，废品率增加。随着现代化进程的加快和科技的进步，对未来作战环境和作战条件提出了新的要求，轻质弹壳材料是需要重点突破的方向。铝的密度为2.7t/m3，是铜和铁的三分之一，质量轻，比强度好、比刚度高，具有良好的导电导热性、工艺性和抗腐蚀性。其铝合金特别是高强韧铝合金因具有质量轻、耐腐蚀、比强度高等优点，已在机械、建材、化工、包装等民用领域被广泛使用。铝合金作为轻量化弹壳材料，可大幅度降低弹壳重量，提高单兵作战效能。目前，铝合金弹壳成形技术已成为了各国弹药轻量化研究的重点。枪弹射击时要经受弹药爆炸的高温和膛压冲击，必须具备较高的强度和耐高温性能。但是，现有的铝合金材料应用于制备弹壳时，可挤压性差，延伸率低，难以实现大塑性变形，其强度、变形量、耐高温性能要求方面不能满足要求，因此铝合金材料替代铜或者钢材料应用于铝合金弹壳制造，存在技术难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有铝合金材料的技术不足，尤其是作为弹壳材料的不足，提供一种铝合金材料。本专利技术要解决的另一技术问题是提供所述铝合金材料的应用，尤其是在弹壳材料方面的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：一种铝合金材料的弹壳，包含铝合金，所述铝合金含有：锌4.0～7.0wt.％，铜1.0～2.0wt.％，锰1.5～3.0wt.％，稀土0.01～0.05wt.％，其余部分包含铝和杂质Si、Fe元素。进一步地，所述铝合金材料含有钛、铬中的一种或几种，其中钛含量为0～0.05wt.％，铬含量为0～0.05wt.％。进一步地，所述稀土为铈，其含量为0.01～0.05wt.％。优选地，所述的铝合金材料，其成分包括：锌5.0wt.％，铜1.5wt.％，锰0.5wt.％，稀土0.02wt.％，钛0.02wt.％，铬0.02wt.％，其余成分为铝。以铝为基材，添加铜、锰、锌为主要成分，以及微量的稀土元素设计新型铝合金材料。主体铝元素的密度低，塑性好，可降低生产的弹壳重量，但纯铝的强度较低，不满足作为弹壳的强度要求。进一步地，锌加入铝合金材料中，铝合金材料的强度和硬度均大为提高。进一步地，铜的添加可以增强铝合金材料的强度和硬度，满足弹壳的强度要求。进一步地，锰的添加可以提高铝合金材料的耐热性，增强铝合金的高温强度，锰通过阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，使其能耐1000℃以上的瞬时高温，锰并能通过形成MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，显著细化再结晶颗粒，提高铝合金材料强度。进一步地，稀土金属添加至铝合金材料，可以细化晶粒，大幅度改善材料的物理化学性能，并提高铝合金材料的室温及高温机械性能，同时稀土与氢形成稳定的REH，以固体的形式吸收铝液中大量的氢，降低氢含量，消除气孔，提高铝合金材料的力学性能。进一步地，钛的添加能够提高铝合金材料的抗腐蚀性，并且，钛可以作为晶粒细化剂，与Al形成传统的Al-Ti晶粒细化剂，Ti在Al中包晶反应生成TiAl3，TiAl3与液体金属接触面是铝凝固时的有效形核基面，增加了形核率，从而使结晶组织细化，提高铝合金材料的强韧度。进一步地，铬在铝中形成CrMnAl12和(CrFe)Al7等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性、降低应力腐蚀及开裂敏感性。同时，(CrFe)Al7可减少杂质铁元素对铝合金材料的不利影响。进一步地，所述的铝合金材料的弹壳的原材料的纯度在99.9％以上，杂质铁及硅含量小于0.2wt.％，杂质硅会降低铝合金材料的延展性，铁会与铝形成FeAl3化合物，导致铝合金材料变脆，机加工性能变差，损害表面光滑度。所述铝合金材料的制备方法，其具体步骤为：S1.将铝加入熔炼装置，加热至熔融，依次加入铜、锰、锌、钛、铬、稀土，熔炼，通入保护气体，精炼；S2.将熔融的材料喷射成型，热处理，冷却即得所述铝合金材料。优选地，步骤S1所述的气体为无水氮气、无水氩气、无水氦气、无水氪气、无水氙气、无水氡气的一种或多种。优选地，步骤S1所述的升温温度为760～800℃，步骤S1所述的熔炼时间为30～60min，精炼时间为20～30min。优选地，步骤S2所述的热处理温度为450～470℃，保温1～2h。所述的制备方法制得的铝合金材料可应用于制备弹壳，优选应用于单兵携带的轻武器的子弹弹壳。所述弹壳的制备方法包括以下步骤：S3.将所述铝合金材料置于冲压模具中冲压成型铝合金弹壳，退火处理；S4.对铝合金弹壳进行阳极氧化处理、表面着色。优选地，步骤S3所述铝合金材料冲击成型次数为5～8次；步骤S3所述的退火温度为430～470℃，保温5～15min。在熔炼过程中，铝合金熔液容易产生氢及氧化铝等夹杂物，在材料中形成气孔、夹渣的缺陷，降低铝合金材料的综合性能。通入惰性气体在熔液中，惰性气体与氢产生分压差，氢便进入气泡中排出熔液，且能吸附一些杂质排出铝合金材料。同时，防止在高温熔炼过程中，铝合金材料的氧化。进一步优选地，步骤S1所述的气体为无水氮气、无水氩气。铝合金熔炼温度过高，会增加铝液的氧化、吸气、合金渗铁，降低铝合金的性能；温度过低，铝合金的晶粒细化效果慢，效果差。稀土加入铝液，需静置一定时间，使其扩散均匀。进一步优选地，进一步优选地，步骤S1所述的加热熔融温度为780℃，所述熔炼时间为45min，精炼的时间为25min。铝作为一种轻金属，有较好的延展性，但其硬度不满足制作弹壳要求。通过添加其他金属元素提高铝材料的力学性能。纯铝中加入其他合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍位错运动，起到固溶强化作用，使铝合金材料的强度提高。合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现，铝元素没有同素异构的转变，合金元素在铝合金中有较大固溶度，且随温度降低而减小。铝合金材料加热到某一温度后，可得到过饱和的铝基固溶体，其强度和硬度随时间的延长而增高，时间的过长，合金元素析出聚集长大，强度下降。进一步优选地，步骤S2所述的热处理温度为460℃，保温1.5h。所述铝合金材料的弹壳采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金材料，其特征在于，包含铝合金，所述铝合金含有：锌4.0~7.0wt.%，铜1.0~2.0wt.%，锰0.3~0.7wt.%，稀土0.01~0.05wt.%，其余部分包含铝和杂质Si、Fe元素。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金材料，其特征在于，包含铝合金，所述铝合金含有：锌4.0~7.0wt.%，铜1.0~2.0wt.%，锰0.3~0.7wt.%，稀土0.01~0.05wt.%，其余部分包含铝和杂质Si、Fe元素。2.根据权利要求1所述铝合金材料，其特征在于，所述铝合金进一步含有钛，铬中的一种或几种，其中钛0~0.05wt.%，铬0~0.05wt.%。3.根据权利要求1或2所述铝合金材料，其特征在于，所述铝合金含有锌5.0wt.%，铜1.5wt.%，锰0.5wt.%，稀土0.02wt.%，钛0.02wt.%，铬0.02wt.%，其余成分为铝。4.根据权利要求1所述铝合金材料，其特征在于，所述铝合金原材料的纯度大于99.9%，杂质Si、Fe含量小于0.2wt.%。5.权利要求1至4任一项所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将铝加入熔炼装置，加热至熔融，依次加入铜、锰、锌、钛、铬、稀土，熔炼，通入保护气体，精炼；S2.将熔融的材料喷射...

【专利技术属性】
技术研发人员：范才河，范语楠，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43